香丽高速公路昌格洛老滑坡稳定性研究

魏家旭，张玉芳

(1.云南省建设投资控股集团有限公司，云南 昆明 650000；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081)

老滑坡是指发生在全新世以来的滑坡，目前处于稳定状态，即发生在河流岸边(或压埋河床卵石层)暂时稳定的滑坡，在河流冲刷、地震以及暴雨等工况下其稳定性仍然受到影响[1]。一旦老滑坡体被扰动并诱发其整体复活，将对人类造成巨大的灾难。因此，判别老滑坡的存在与规模，研究其形成和复活机理，并采用适宜的工程措施治理，是老滑坡体防治的重要课题。

常帅鹏[2]对西宁—成都铁路热贡越岭段主要水文地质问题进行分析，并在方案比选期预测了各方案隧道的涌水量，得出较优的选线结论，为线路选择提供科学论据。吴明先等[3]以川藏公路通麦至105道班段为工程背景，结合当地水文地质条件，选出安全可靠，经济合理和绿色环保的线路。郭俊奇[4]以宝兰客运专线穿越王家墩古滑坡群为例，从工程地质角度详细介绍了平面绕避和纵面绕避方案的优劣性，并最终选定了纵面绕避的方案。成永刚等[5]在藏区高烈度区高速公路现场调查中发现大型不良地质体，并变更了设计方案，优化了线路的走向。黄达等[6]针对三峡库区塔坪H2古滑坡台阶状复活变形，分析库水-降雨耦合作用机制，得出库水位涨落是滑坡变形的主要因素，而降雨促进了滑坡变形进一步发展。李金洋等[7]研究了在汶川地震作用下北川县筲箕窝老滑坡的变形机理，并进行了极限平衡计算，发现地震形成的地表裂缝有利于降雨入渗，降雨成为诱发老滑坡体进一步失稳破坏的主要原因。

香丽高速公路昌格洛隧道地处云南省丽江市境内，隧道全长 2 311 m，最大埋深376 m。昌格洛隧道出口斜坡区内陡坡、冲沟以及陡坎错台等微地貌发育，根据前期地质勘察情况和现场工程调查认为其是一老滑坡体，斜坡自然坡面凹凸不平，且坡面分布较多马刀树，说明该斜坡在历史上曾发生过多次斜坡变形，并且已经发现了多组长度、宽度不等的裂缝，有些部位已经形成了小规模滑坡。另外，在隧道施工便道开挖后，发现地表覆盖层较厚，且发生了局部坍塌，证明该不良地质体处于不稳定期，亟需对该边坡进行稳定性分析和机理研究，提出适宜的整治方案。

1 昌格洛老滑坡特征

1.1 老滑坡的基本特征

昌格洛隧道以大角度斜交穿过冲江河左岸，隧道出口所在的冲江河左岸赋存一老滑坡体，斜坡区属构造侵蚀、剥蚀高中山峡谷地貌，斜坡为顺向坡，老滑坡在平面上呈簸箕形，主滑方向为170°，隧道出口不良地质体顺滑动方向长约968 m，横向宽度最大约 2 216 m，滑坡底部边界为冲沟底。滑坡整体体积约为5×107m3，属于大型滑坡。自然斜坡呈现上陡中缓下陡的特点，斜坡上部至山顶为自然植被山坡，坡体较陡，乔木茂盛，主要以松树为主；斜坡中部为农户耕地，山坡地形相对较平缓，整体坡度约22°；下部受冲江河及冲沟深切影响，坡度较陡，植被茂密。滑体主要由上覆第四系残坡积层碎石土、角砾土及块石土组成，碎石土主要分布在隧道出口斜坡地段表层，厚度不均，地表植被茂密，多见马刀树。

1.2 地层分布特征

1)滑坡体：第四系残坡积层碎石土、角砾土及块石土，结构疏松，强度差。

2)滑带：三叠系上统全～强风化板岩，节理裂隙较发育，接触面光滑，遇水易软化，强度差。

3)滑床：三叠系强～中风化玄武岩，呈灰绿、灰褐色，块状构造，强度偏低，裂隙发育，风化界线起伏较大。强～中风化玄武岩下覆中风化板岩，呈灰白、灰褐色，变余灰质结构，板状构造，节理裂隙微发育,岩芯呈大块状,裂隙间有方解石充填,岩质较硬。

1.3 老滑坡的变形特征

1)滑坡前缘：位于隧道出口下部冲沟内，冲沟大致走向240°，坡度20°，冲沟内乱石堆积。

2)坡体表面：斜坡体表面发现多组长短不一的裂缝，如图1所示。其中：裂缝1和裂缝2为局部小滑坡，形成于2012年左右，后缘为高2～5 m的错台，走向250°。裂缝3以内的范围在1983年有滑动现象，滑坡周界为错台，后缘错台高1～3 m，走向220°～150°，错台于最近两三年的下错量较大。裂缝6后缘为错台，错台高度0.5～2.0 m，走向265°～290°，中部可见宽30～40 cm、深30～50 cm、贯通达10 m的裂缝，裂缝走向290°。裂缝8左边界与裂缝6左侧界相接，形成高1～3 m的错台，走向215°～220°。裂缝9整体为圈椅状，左侧界及后缘基本位于村子及旱地与松树林的交界线上，为陡缓交界面，左侧界走向220°，后缘走向260°；右侧界为高3～30 m的连续错台，走向135°。

图1 昌格洛隧道出口裂缝

3)滑坡后缘：为陡缓交界和错台，因老滑坡存在时间较长，局部后缘形成的陡壁高5～8 m，走向280°;陡壁处可见基岩，基岩产状130°∠43°，局部风化较大，其表层呈碎屑状。

4)左侧界及右侧界：左侧界与后缘裂缝相接，位于旱地与松树林的交界位置上，为陡缓交界面，左侧界走向220°；右侧界为陡缓交界处及部分错台，错台高1～2 m，走向155°，坡积层及落叶堆积较厚。

2 现场物探研究

查明边坡堆积层的厚度及岩层风化界面位置，现场采用超高密度电法物探。超高密度电法在勘探理论上，仍然以岩土体的导电性差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律以达到解决地质问题的目的。在边坡区地表布置6条超高密度电法测线，如图2所示。

图2 超高密度电法测线布置示意

图3是此次勘察超高密度电法视电阻率成像图。颜色相对较浅(如黄色或橙色)为高阻区，代表含水量较低的岩层，主要为碎石土及部分强风化板岩(顶层部分)岩体；颜色相对较深(如黑色或蓝色)为低阻区，代表含水量较高的岩层，主要为部分强风化玄武岩(底层部分)及中风化玄武岩岩体。

图3 超高密度电法视电阻率成像图

图4 超高密度电法工程地质剖面示意

工程地质剖面如图4所示，由超高密度电法视电阻率成像图解释得到。通过探测，在工程部位处分布的地层由上至下分别为碎石土、强风化板岩、强～中风化玄武岩。其中碎石土最大层厚约18.0 m；强风化板岩、玄武岩层厚45.3～81.0 m，下伏中风化玄武岩埋深较深。

根据物探结果可以看出，该边坡上覆较厚的第四系残坡积层碎石土，下覆强风化板岩、强～中风化玄武岩。结合现场裂缝展布，推测滑面是沿着强风化板岩、玄武岩和中风化玄武岩的岩层交界面滑动。通过对老滑坡体的基本特征的介绍，可以看出老滑坡体表面已经出现了裂缝或者错台，说明边坡已经处在不稳定状态，有进一步变形的倾向。为了保证昌格洛隧道的安全，亟需对该边坡进行稳定性分析和计算，选取Ⅰ-Ⅰ剖面作为典型剖面进行分析。

3 老滑坡体稳定性分析

3.1 模型建立

根据前期地质勘察情况和现场工程调查，考虑降雨、地震对老滑坡体稳定性的影响，运用Geo-slope软件进行边坡稳定性计算[8-11]。数值模拟中采用Mohr-Coulomb准则，斜坡区岩土体模型共划分3个区域，分别为滑体、滑带和滑床。初始状态下，只考虑自重应力场，不考虑构造及初始位移场。计算模型四周设置法向约束，底部设置成固定约束边界，滑坡表面设置成自由边界。各类工况下，模型周边设置为自由边界、底部设置为静止边界，滑坡区烈度为Ⅷ度、地震加速度为0.2g，其主要物理力学参数见表1。

表1 岩土体主要物理力学参数

3.2 稳定性计算

对边坡的稳定性计算主要先依据地质勘察资料了解该滑坡的工程地质情况，再根据现场调查结果以及设计勘察资料确定滑面位置，最后结合Geo-slope软件对该边坡稳定性进行分析。计算选取了昌格洛隧道出口老滑坡体的Ⅰ-Ⅰ剖面，如图5所示。

图5 昌格洛隧道出口典型剖面

JTC D30—2015《公路路基设计规范》中规定路堑边坡稳定性安全系数在正常工况下，高级及一级以上高速公路稳定性系数K为1.2，但通过对昌格洛隧道仰坡的现场观察，结合前期工程地质勘察资料和Geo-slope软件分析可得，边坡在自然状况下不能达到规范要求的安全系数(K=1.154)，属于欠稳定状态。一旦遭遇暴雨、地震、暴雨+地震综合作用，坡体将处于失稳破坏状态，暴雨入渗降低了边坡的土体力学参数，软化滑带并增加坡体的自重，从而引起边坡的滑动和失稳破坏；在地震作用下，巨大的外力将会改变原有的坡体平衡，致使老滑坡复活或引发其他次生灾害。其计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性分析结果及评价

3.3 老滑坡机理分析

根据老滑坡体的地形地貌、地层岩性、水文条件、自然条件、人类活动等因素，并综合考虑以上计算结果，得出了昌格洛老滑坡体在暴雨、地震等工况下极易复活，分析其原因主要有：

1)老滑坡体的坡体结构。昌格洛隧道出口老滑坡体规模大。其滑面为全～强风化板岩，接触面光滑，风化程度高，遇水易软化，强度差。该边坡上覆第四系残坡积层碎石土，结构松散，垂直节理裂隙发育，雨水极易下渗，使滑坡具备了内在条件。

2)复杂的地质构造。研究区属三江印支褶皱系弧形转弯受急剧挤压而变窄的部位，地质构造十分复杂，断裂极为发育，金沙江深大断裂(区内的秋多-鲁甸断裂)纵贯区内中部，自古生代以来就长期控制了区内的沉积作用、岩浆活动、变质作用、构造运动及成矿作用。现场开挖揭露了冲江河沿断裂(F4)发育，走向SE30°，系倾向西、倾角70°的压扭断裂，西盘北推东盘南压，二叠系玄武岩逆推于三叠系各组之上。左岸斜坡上SW向的沟系沿张扭断裂发育。斜坡区内褶皱紧密，呈弧形线状，岩体节理裂隙发育。说明该地区至今仍有较活跃的构造运动，属于较不稳定地质区；另外，老滑坡体上覆的第四系残坡积层在地震作用下，其稳定性会迅速降低。

3)暴雨。研究区地处云南省迪庆藏族自治州香格里拉市境内，区内全年5—10月为雨季，年平均降雨量为500～800 mm，但80%的降雨集中在雨季，尤其是6—8月，常会发生持续性降雨。在短时间内强降雨会使雨水深入坡体并增加其自重，还可以使强风化板岩迅速软化，降低了滑带的强度，从而造成边坡的大变形和失稳。

4)地震。研究区的地震烈度为Ⅷ度。斜坡区附近存在较发育的断裂带。根据老滑坡体稳定性分析结果可以看出，地震作用下边坡的稳定性下降至0.763，边坡将发生失稳破坏，而在降雨和地震综合作用下，其稳定性将继续下降，处于失稳破坏状态。

5)人类扰动。研究区附近长期有人类活动，并且在老滑坡体中部有当地村民开垦的农田，当地村民在坡体上种田和灌溉将加剧裂缝的发展变形。另外，在坡脚开挖隧道及施工便道等将不可避免地削弱边坡抗滑力，极易诱发边坡的失稳破坏。

综上所述，昌格洛老滑坡体受坡体地质构造、地层岩性等因素控制，加之持续性降雨、高烈度地震及人类长期扰动，将加速老滑坡体的复活和变形，从而影响边坡的稳定性，一旦边坡失稳，将对隧道产生毁灭性打击。

4 滑坡治理方案

昌格洛隧道出口老滑坡体最近一直缓慢发展，处于欠稳定状态。目前隧道出口及施工便道开挖等均不可避免削弱该不良地质体坡脚，并改变原斜坡体地表及地下水状态，极易诱发该不良地质体的滑动变形，这从目前施工便道开挖出现多处坍塌得以证明。该不良地质体的存在，将严重影响隧道出口施工，甚至会造成隧道出口段整体破坏。

对昌格洛隧道出口老滑坡的防治主要目的是降低或者避免不稳定边坡在各类因素作用下对隧道产生不利影响。主要通过降低滑坡下滑力，提高滑体的抗滑力，或者采用改线绕避的方式，规避灾害风险。

4.1 治理方案

通过现场勘查资料，对滑坡类型及其形成的原因分析，结合香丽高速公路的技术要求、施工条件、工程造价、重要程度等综合分析，提出了昌格洛隧道边坡加固和绕避改线2种方案。

4.1.1 边坡加固方案

在不影响现场隧道施工的条件下，原位整治是工程治理中常用的方法之一。根据现场调查和分析研究，昌格洛老滑坡体原位整治主要从3方面进行：①对边坡后缘部分进行削方减载，以减少坡体的下滑力，并且在边坡坡体中部、坡脚设置多级抗滑桩，以增大抗滑力；②当地雨季较长，雨量充沛，可采取边坡坡面整治、夯填裂缝、设置环形排水沟、增设排水系统等；③对坡脚开挖的施工便道进行加固，并且要求附近村民停止在边坡上开垦农田，尽可能地让附近村民迁徙至老滑坡体影响范围外。

4.1.2 隧道绕避改线方案

如遇到较大滑坡体并且难以整治，一般也可以采用绕避改线的方式。根据现场调查和分析研究，昌格洛老滑坡体绕避改线整治主要从3方面进行：①将隧道线路向山体内偏移，使隧道从老滑坡体影响范围外穿过；②为阻止冲沟进一步下切，造成不良地质体滑动位置下移，在不稳定体坡脚(施工便道位置)设置1排抗滑桩，同时在冲沟内设置拦石坝；③当地雨季较长，雨量充沛，可采取边坡设置排水系统等排水措施。

隧道绕避改线方案示意如图6。

图6 昌格洛隧道方案整治示意

4.2 方案比选

原位整治和绕避改线的整治方法都可以达到对隧道建设安全的要求。原位整治的方法是在不改变原隧道设计的情况下，通过采用设置抗滑桩、增设坡面排水设施等，提高坡体的整体稳定性，改善边坡雨水下渗的问题。但这种整治措施也存在一定的风险和缺点，香丽高速公路昌格洛隧道建设工期有限，如果设置多级抗滑桩和增设排水设施将会造成工期增加，造价提高，且极有可能破坏边坡原有地貌和环境，但是该老滑坡体的滑面较深，可能存在多级滑面，现有的加固措施中抗滑桩最为适合。抗滑桩的锚固段(中风化地层中)和自由段(强风化地层中)的长度比例大致为1∶1，因此抗滑桩长至少要达到80 m才可以，在现场施工难度极大。另外需要当地居民迁徙，也对社会稳定造成不利影响。

绕避改线方案是将风险源规避的一种解决方案，受限于现场的工程地质条件以及工期较短，采用绕避改线的方案可以将老滑坡体对隧道的影响降至最低，另外也可以最大程度地保护坡体的原有地貌和环境，对当地居民的生产生活不会带来太大影响。另外，改线前后的隧道里程相差不大，因此造价不会受太大影响。

绕避改线方案与原位治理方案相比，花费小，代价低，可操作性强，还可以保证隧道建设的工期，并且使隧道不再受滑坡体的影响，对隧道的整治而言一劳永逸，因此，最终采纳了绕避改线方案，改线后的昌格洛隧道如期完工，达到了安全运营的要求。

5 结论

1)香丽高速公路昌格洛隧道出口仰坡赋存一大型老滑坡体，坡体发现多条长度和宽度不同的裂缝，表明边坡已经处在不稳定状态，有进一步变形的趋势。

2)昌格洛隧道出口仰坡上覆较厚第四系残坡积层碎石土，下覆强风化板岩、强-中风化玄武岩。推测的滑面是沿着强风化板岩与强～中风化玄武岩交界面滑动。

3)在自然状态下该边坡处于极限平衡状态，在地震、暴雨、地震+暴雨等工况下边坡将发生失稳破坏。

4)根据现场调查、地质分析以及数值模拟计算结果，最终提出了昌格洛隧道绕避改线的方案，改线后昌格洛隧道如期贯通并未发生新的变形。说明绕避改线方案合理有效。